Merre mutat az energiatárolás jövője? Mi jelentheti a megoldást jelenlegi problémáinkra?

Az energiatárolás mindinkább felértékelődik napjainkban úgy nemzetgazdasági, mint ipari vagy lakossági szinten. Gyakorta ráadásul fontosabbnak is érzik az emberek a háztartási energiatárolást, mint az országos szintűt.

Hiszen tényleg jó, hogy több millió köbméternyi gázt tárolnak a tározók, de vajon a telefon akksija fel lett töltve és van elég benzin az autóban, és egyáltalán mi köze az energiatárolásnak a vízpumpához? Olvass tovább és megtudod!

Mi az energiatárolás?

Az energiatárolás, tömören megfogalmazva, későbbi felhasználás céljára történő energia raktározás. Habár minden fizikai test, mező és részecske tárol valamennyi energiát, az energiatárolás alatt, szűkebb értelemben, tudatos és mesterséges tevékenységet értünk.

Mi az energiatárolás célja?

Az elektromos hálózat a kínálat (termelés) és a kereslet (fogyasztói felhasználás) közötti kényes egyensúly alapján működik.

Az elosztott energiatermelés az utóbbi években egyre népszerűbbé válik. Ez elsősorban az újabb generációs generátorok olyan előnyeinek köszönhető, mint például:

• az elosztórendszer energiaveszteségének csökkentése,
• a feszültségingadozások mérséklése,
• az energiaellátás stabilizálása,
• a teljesítményminőség javítása,
• az energiaköltségek csökkentése és
• végső soron a fogyasztói elégedettség növelése.
• Mivel ez a cikk a tárolásról szól, ezért csupán egy mondat erejéig térünk ki arra, hogy a keresleti oldal érdeklődésének növekedése az okoshálózatok, okoselosztó-rendszerek (smart rendszerek) fejlődését eredményezi, ami magával hozza a kereslet rugalmas alakíthatóságát az éppen rendelkezésre álló energiamennyiséghez, így lassan, de biztosan el fogja hozni az áttörést megújulók terén.

Az energiafogyasztás folyamatosan ingadozik országon belül és nemzetközi szinten egyaránt

Napközben ugyanis csúcsigény van – háztartások, vállalkozások és gépek vesznek ki energiát a hálózatból. Éjszaka a világ lelassul, és a hálózat fel tud készülni a következő energiafelhasználási csúcsokra.

Világszerte mérnökök és politikai döntéshozók fordítják figyelmüket egyre inkább az energiatárolási megoldások felé a fosszilis tüzelőanyagok környezeti hatásaival, valamint az energiahálózatok kapacitásával és rugalmasságával kapcsolatos növekvő aggodalmak miatt.

Az áramellátás folyamatosságát biztosítani kell

A nem megújuló erőforrásokat használó, azaz a szénhidrogéneket elégető erőművek és atomerőművek hatalmas előnye a folyamatos, szabályozott energiatermelés, azaz a nap minden szakában pontosan előre kalkulálható mennyiségű elektromos áramot termel.

Nincs mese, ez megkerülhetetlen tényező. Gyártóüzemek, kórházak, közintézmények, közlekedési infrastruktúra, stb. mind igényli az elektromos áram kiszámítható és folyamatos érkezését.

Minél több a megújuló energia, annál fontosabb a tárolás

A megújuló energiaforrások nagymértékű felhasználásának egyik kulcsa a villamos energia tárolásának és későbbi felhasználásának képessége.

Az energiatárolási lehetőségek széles skálája áll rendelkezésre az energiaszektorban, és egyre többféle lehetőség áll rendelkezésre, mivel a technológia világszerte a jövő energiarendszereinek kulcsfontosságú elemévé válik.

Az évtizedek során számos különböző energiatárolási módszert dolgoztak ki az energia összegyűjtésére és tárolására, hogy az akkor legyen visszatáplálható a hálózatba, amikor a legnagyobb szükség van rá.

Milyen fajtái vannak az energiatárolásnak?

Az energiatárolás nem újdonság. Az akkumulátorokat az 1800-as évek eleje óta használják, a szivattyús víztározós vízenergia pedig az 1920-as évek óta működik az Egyesült Államokban. Ha úgy tetszik, már az ókori vízóra is tárolt energiával működött, hiszen az amforába töltött víz energiája hajtotta.

Az energiát többféle módon lehet tárolni, például:

1. Akkumulátorok. A közönséges újratölthető akkumulátorokhoz hasonlóan az egészen nagyméretű akkumulátorok képesek tárolni az áramot, amíg szükség van rá. Ezek a rendszerek használhatnak lítiumion-, ólom-sav-, lítiumvas- vagy más akkumulátor-technológiákat.
2. Szivattyús vízenergia. Az elektromos áram egy részét (ami aktuálisan éppen felesleges) arra használják, hogy a vizet felszivattyúzzák egy víztározóba. Amikor a vizet kiengedik a tározóból, az egy turbinán keresztül lefelé áramlik, és így áramot termel.
3. Sűrített levegő. A villamos energiát arra használják, hogy a levegőt rendkívüli tömörségűre sűrítsék és tárolják, gyakran földalatti barlangokban. Amikor nagy az áramigény, a sűrített levegőt egy tágulási turbinagenerátoron keresztül kiengedik, és így termel áramot.
4. Lendkerekek. A villamos energiát egy lendkerék (egyfajta rotor) felgyorsítására használják, amelyen keresztül az energia kinetikus forgási energiaként megmarad. Amikor az energiára szükség van, a lendkerék forgó erejét egy generátor forgatására használják. Egyes lendkerekek mágneses csapágyakat használnak, a légellenállás csökkentése érdekében vákuumban működnek, és akár 60 000 fordulat/perces fordulatszámot is elérhetnek.
5. Hőenergia-tárolás. A villamos energiát hőenergia előállítására lehet felhasználni, amelyet szükség esetén tárolni lehet. Például a villamos energia felhasználható hűtővíz vagy jég előállítására az alacsony igénybevétel idején, és később hűtésre használható a villamosenergia-fogyasztási csúcsidőszakokban.

E technológiák mellett jelenleg olyan új technológiák vannak fejlesztés alatt, mint az áramlásos akkumulátorok, a szuperkondenzátorok és a szupravezető mágneses energiatárolás.

Persze joggal teheted fel a kérdést: ha mindez ennyire kiválóan működik, akkor miért nem tértünk még erre át teljes mértékben? Nos, a választ a részletekben találjuk meg.

A beton is lehet energiatároló?

Talán az eddigi legextrémebb, már-már lehúzás gyanús megoldás a betonos energiatárolás. Nos, nem magában a beton anyagában tárolják az energiát, mint mondjuk az olaj esetében.

Középen egy 120 méter magas, hatkarú daru áll. Kihúzott állapotban az egyenként 35 tonnás betonhengerek szépen egymásra vannak halmozva a daru körül, messze a darukarok alatt.

Ha van felesleges nap- vagy szélenergia, egy számítógépes algoritmus egy vagy több darukart irányít egy betontömb elhelyezésére.

A rendszer akkor „töltődik fel teljesen”, amikor a daru egy betontömbökből álló tornyot hozott létre maga körül. A toronyban tárolható teljes energia 20 megawattóra (MWh), ami 2000 svájci otthon áramellátására elegendő egy teljes napon át. Az állítólagos energiahatékonyság 85% körül mozog.

Milyen hiányosságai vannak az energiatárolásnak?

Talán a legelső hiányosság a veszteség. Már maga a feltöltés, illetve a tárolás megvalósulása is energiaveszteséggel jár, továbbá az energia újbóli hasznosítása szintén csökkenti a tényleges árammennyiséget. A tárolás típusától függ a környezetre gyakorolt hatás is.

A hatásfok az igazán problémás

Jelenleg a legnagyobb gondot a tárolás alacsony hatékonysága (hatékonytalansága, ha volna ilyen szó) okozza: a szivattyús tárolás kettős folyamatának hatásfoka körülbelül 70% – és még ez az egyik legjobb!

A szivattyús tárolás 2016 közepén a világ nagyméretű villamosenergia-tárolóinak 95%-át tette ki, és csak 2014-ben 72%-kal növelték a tárolókapacitást. A szivattyús víztározás előnye, hogy szükség esetén hosszú távon is tudja tárolni az energiát – szemben, mondjuk az akkumulátoros megoldással.

A fosszilis és nukleáris energiatermelésnél ilyen gond nincs: ott a tüzelőanyag, illetve a fűtőelemek tárolják az energiát, amit akkor szabadítanak fel, amikor szükséges. Csak ennek éppen hatalmas a környezeti terhelése!

Energiatárolás házilag: mit kell tudni róla?

A megoldást a közeljövőben vélhetőleg az fogja jelenteni, ha a megújuló erőforrásokat hasznosító háztartások nagyobb kapacitású tárolókat is üzembe helyeznek. Feltéve, persze, ha termel annyi többletáramot a rendszerük, amit nem a hálózatba akarnak egészében betáplálni.

Hacsak nincs otthon egy hegy meg egy tó, aminél megoldhatnák a vízpumpálást, illetve nem akarnak gigantikus lendkereket a hátsó udvarba, akkor marad az akkumulátor megoldásként. Ez például kifejezetten előnyös is lehet, amikor leselejtezett, de még hasznosítható elektromos autó akkumulátorokat újítanak fel és alakítanak át házi energiatárnak.

Mi az energiatárolás jövője?

Minden jel szerint a hibrid, helyi viszonyokhoz igazodó megoldások alkalmazása jelenti az energiatárolás közeljövőjét – azaz ami jelenleg is zajlik, csak sokkal nagyobb ütemben.

Viszont hosszú távon az sem megoldás, hogy a világon sok millió hektár területet rakunk tele energiatárolókkal. Hiszen ahogy növekszik a fejlett civilizációs vívmányokat használó emberek száma az egész Földön, úgy növekszik rohamosan az energiaigény.

Emlékezzünk: Afrika, Dél-Amerika és Ázsia nagy része még csak az utóbbi pár évtizedben kezdett igazán iparosítani. Több milliárd emberről beszélünk, akik egyre nagyobb arányban használnak modern eszközöket. Az energiatárolás stabil jövőjét tehát az jelentené, ha sikerülne egy környezetbarát, kompakt, hatékony és megfizethető megoldást találni.

Dr. Rónay P. Tamás | Korábbi egyetemi oktató, szövegíró. Főként humán, illetve természettudományos cikkeket ír. Otthonosan mozog az okostechnológiák és megújuló erőforrások, zöld technológiák világában.